▶ 미래를 여는 팔방미인 - 48볼트 시스템
자동차의 전동화(electrification)는 이제는 현실입니다. 각 브랜드의 대표 차종에는 거의 반드시라고 할 정도로 하이브리드 모델이 포함되어 있고 순수전기차도 친환경 전용 모델뿐만 아니라 내연기관을 사용하는 일반 모델에도 순수전기차 버전이 함께 판매되는 경우가 드물지 않을 정도입니다.
하지만 아직 걸림돌이 있습니다. 다름 아닌 가격입니다. 배터리 가격이 차량 가격의 삼분의 일을 차지하는 순수전기차는 예상보다 더디게 하락하는 배터리 가격이 걸림돌입니다. 그래서 천 만 원 이상 지급되는 보조금과 수백 만 원의 세제 혜택 등이 없다면 가격 경쟁력을 잃어버립니다. 풀 하이브리드 시스템도 가격이 만만치 않습니다. 모터와 엔진으로 동시에 혹은 각각 바퀴를 굴릴 수 있어야 하기 때문에 변속기가 상당히 복잡하기 때문입니다. 그래서 그렇지 않아도 비싼 디젤 엔진이 배출가스 정화장치를 추가하느라고 더 비싸지는 데에도 불구하고 하이브리드 자동차가 디젤차보다도 여전히 고가의 가격표를 달고 나옵니다.
아무리 좋은 방식이라도 가격이 마땅하지 않다면 많은 사람들에게 보급하기는 어렵습니다. 즉 더 많은 차량을 전동화할 수 있는 현실적인 솔루션이 필요하다는 뜻입니다. 그래서 등장한 것이 48볼트 마일드 하이브리드 시스템입니다.
사실 48볼트 시스템은 마일드 하이브리드에만 적용되는 것이 아닙니다. 대표적인 48볼트 시스템이 마일드 하이브리드 시스템일 뿐이지요. 역으로 말한다면 48볼트 시스템은 자동차를 움직일 수 있을 만큼 큰 힘을 낼 수 있다는 뜻입니다.
그렇다면 왜 48볼트일까요? 보통 승용차의 전원은 12볼트입니다. 20세기 중반까지만 해도 자동차에는 전기를 사용하는 장비가 전조등과 방향지시등, 제동등, 그리고 와이퍼 정도 밖에 없었습니다. 그래서 6볼트 전원으로도 충분했습니다. 하지만 라디오, 뒷유리 열선, 송풍기와 히터를 시작으로 더 많은 편의 장치들이 추가되면서 더 이상 6볼트 전원으로는 감당할 수 없는 지경이 되었습니다. 그래서 지금 우리와 친숙한 12볼트 시스템이 도입된 것입니다.
그런데 요즘 차들은 이전보다 엄청나게 많은 전력을 요구합니다. 전동식으로 작동하는 각종 편의 장비들, 수많은 디스플레이 화면들, 그리고 고급차에서는 도어 팔걸이까지 따뜻하게 해 주는 열선 히터를 넣는 등 전기 소모량은 엄청나게 늘었습니다. 그런데 여기에서 멈추지를 않습니다. 이미 많은 차량에 달려 있는 전동식 파워 스티어링용 모터, ABS용 모터류 등 자동차의 안전 주행에 필요한 장비들도 이전보다도 순간적으로 더 큰 힘을 필요로 합니다. 왜냐하면 이제는 운전자가 작동시키지 않더라도 자동차 스스로 방향을 바꾸거나 브레이크를 밟는 등 자동차의 능동 주행 보조 장비들, 그리고 더 나아가서 자율 주행 기능은 자동차의 조작에 많은 동력을 필요로 할 것이기 때문입니다.
여기에서 ‘그러면 12볼트 전압은 그대로 두고 전류량만 늘려도 되지 않나요?’라고 질문하실 분들이 계실 겁니다. 물론 가능합니다. 하지만 전류량을 늘리는 것에는 크게 두 가지 문제점이 있습니다. 첫째는 감전 등 안전사고의 위험이 높아진다는 것, 그리고 둘째는 전선의 굵기가 굵어져야 한다는 것입니다. 전기는 물에 비유하면 이해하기 쉽습니다. 전압은 물의 낙차를, 전류는 흐르는 물의 양으로 비유할 수 있습니다. 더 많은 힘을 얻기 위하여 작은 물의 양을 더 높은 곳에서 떨어뜨리는 방법과 높이는 그대로 두고 더 많은 물을 흐르게 하는 것으로 비유할 수 있습니다. 전자의 경우는 물이 때려서 아플 수는 있지만 큰 위험은 없는 반면 후자의 경우는 사람이 떠내려갈 위험이 있고 강폭을 넓게 해야 많은 물을 흘릴 수 있다고 생각하면 쉽게 이해할 수 있습니다.
그렇다면 ‘왜 하필 48볼트냐?’, ‘몇 백 볼트로 올리면 더 작은 전류로 큰 힘을 얻을 수 있지 않느냐?’라는 질문을 하실 분들이 계실 겁니다. 실제로 풀 하이브리드의 모터 구동용 전원은 대략 200~300 볼트이고 순수 전기차는 300~800볼트입니다. 그런데 이런 고전압에는 특별한 조건이 뒤따릅니다. 전압이 높으면 누전, 즉 전기가 흐르지 않아야 할 곳으로도 흐를 가능성이 높아집니다. 그래서 고전압 회로에는 더욱 엄격한 절연 대책이 필수적이고 고전압 장치를 정비하려면 해당 자격증이 있어야 합니다. 즉 다루기 까다로운 겁니다. 그럼에도 불구하고 풀 하이브리드 및 순수 전기차는 모터의 힘만으로도 자동차를 시속 100km 이상의 속도로 달리게 하는 큰 힘이 필요하므로 높은 전압을 사용해야 하는 것입니다.
하지만 48볼트 시스템은 애당초 그럴 목적은 아니었습니다. 원래 자동차의 각종 시스템에 충분한 에너지를 공급하려고 고안된 시스템이기 때문에 마일드 하이브리드 시스템처럼 자동차의 에너지 회수와 주행을 도와주는 정도의 역할로도 충분히 만족할 수 있는 것이었습니다. 물론 12볼트 시스템보다는 운동에너지를 회수하는 효율도 높고 훨씬 큰 힘을 낼 수 있기 때문에 만족도가 매우 높습니다. 구조가 간단해서 풀 하이브리드 시스템 대비 약 30%의 비용으로 최대 70%에 이르는 효과를 발휘할 수 있다는 평가를 받는 48볼트 마일드 하이브리드 시스템입니다.
앞서 말씀드렸듯이 48볼트 시스템은 원래 자동차의 각종 시스템에 동력을 충분히 공급하기 위한 시스템입니다. 그래서 12볼트 시스템에서는 힘이 충분하지 못해서 여전히 엔진의 힘으로 돌려야 했거나 그래야 충분히 성능을 발휘할 수 있었던 에어컨 컴프레서나 냉각수 펌프 등의 부가 장착물들을 48볼트 전동식으로 대체할 수 있습니다. 그 결과 엔진은 차량을 움직이는 데에만 동력을 모두 사용할 수 있기 때문에 전체적 효율이 향상되는 효과가 있습니다.
‘기술을 통한 진보’를 모토로 삼는 아우디의 경우 이같이 효율적인 48볼트 시스템의 힘을 더 넓은 곳에 적용했습니다. 대표적인 예가 전동식 에어 컴프레서를 터보챠저처럼 이용하여 엔진의 힘을 키운 EPC(Electric powered compressor), 그리고 코너링 시 모터의 힘으로 차체의 롤링을 제어하는 EAWS(electromechanical active roll stabilization)입니다. 이들은 48볼트 전원을 이용한 시스템으로 아우디 SQ7에 처음 적용됐으며 앞으로 더 많은 모델에 장착될 예정입니다.
높은 효과, 작은 비용, 다양한 활용도를 자랑하는 48볼트 시스템은 아우디의 미래를 현실로 가져오는 팔방미인입니다.
자동차 칼럼니스트 나윤석
*상기 이미지는 국내 판매 사양과 다를 수 있습니다.
*본 차량에 대한 일반적인 사항은 구매 시 제공되는 사용설명서와 별도 책자를 참조 하시기 바랍니다.
*구입한 차량의 실제 사양은 표시된 사양과 다를 수 있습니다. 일부 모델은 공급이 불가할 수 있습니다.